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西门子伺服电机技术原理和发展
点击次数:238 发布时间:2018-04-16

伺服是什么?其实,伺服就是一个电机,和控制这个电机的驱动器。西门子电机就叫西门子伺服电机,驱动器自然叫伺服驱动器,‘伺服’源自于控制,精确控制的代名词。——很显然,为了控制电机,精确控制电机,专门研发出“伺服”这样的一种系统。到此,可能很多人会奇怪:控制个电机为什么要做个这么复杂的系统呢?这不得不引入电机应用、原理以及发展的一些信息了。


西门子电机,是运用电磁原理,通电线圈在磁场环境产生作用力作用而转动的一种电子产品。电子根据应用发展有直流电机、交流电机;直流又分有刷、无刷电机之分,主要是因为有刷电机必须定期更换碳刷,维护麻烦人类设计出刷电机;交流电机又分单相、三相、同步、异步等。电机是蒸汽机、内燃机外产生运动必须的载体,所以根据各自各样的应用和工作要求,早期人类就设计出了如此多的电机品种和类别,各有各的特长和优点,所以存在的相当长的一段时间,不过它们的固有缺点与特性,日渐不能满足人类的需求,比如,所有电机的速度都不易控制,即使以控制速度见长的直流电机,要想准恒定定在某个转速上还是很难很难的;又如,由电磁原理我们不难发现,电机线圈通常是铜等低阻抗的材质组成,那么通电瞬间电流是可以很大很大的,磁场对线圈的作用力跟这个通过的电流密切先关,只有在电机转起来转速恒定,感抗恒定才使得电机的通电电流恒定,经验表明,启动瞬间电机的电流是电机正常工作电流的5~10倍,而且,电机在低于3倍的电流之下,启动乏力。这是电机至今的固有特点缺点,至此,我们也不难明白,通电中的电机一旦发生堵转(通俗说就是掐死不动了),通电电流对其可是灾难性的。同时我们也不难明白,相对于传动系统来说,电机启动瞬间的扭力可是具有很大破坏力的,因为跟正常工作状态时的扭力差距太大。


因此,人们一直以来都在着力研究电机的速度和扭力控制问题。后来,人们在变频技术上得到突破,开发了变频驱动器,它在一定程度上可以控制三相电机的数度,而且也一定程度缓解了电机启动瞬间的扭力和转动加速度问题。如今我们日常使用的升降电梯速度可变,和上产中的自动扶梯速度可变,基本都是运用变频技术。变频技术就是利用逆变技术控制电机的三相供电频率电流可变,从而达到一定程度地控制电机在某个速度下恒定的目的。技术的关键点在于变频器内可编程芯片(我们俗称CPU)内部的算法,所以变频器本身有许多参数供用户在特定场合应用时调节合适的算法补偿。


西门子伺服电机,就是在变频的技术上发展出来的更进一步产品,其通过电机屁股上安装编码器反馈信息,驱动器内部的CPU再结合这个反馈信息生成控制三相电流输出的脉冲,从而实现伺服电机的精确控制。伺服驱动器的“使能”,其实就是启动一个设计好的三相电机动力电源的脉冲,使电机悬停在停止和转动之间,那么这个既解决了电机启动瞬间缺点所带来的问题,也使得能伺服驱动器在接收到外界“电机转动”指令使电机迅速转动。那么,伺服内部的众多参数,不过就是分门类别地根据伺服应用在各种各样各式的运用场合下,配合上位机、配合机械机床、配合特定的瞬态、力度的修补调整。


关于伺服、伺服驱动器、伺服电机、伺服系统,随便拿出去问,百分之九十九的人都是不熟悉不清楚不了解的,我想,就算是与伺服相关的工作人员,数控自动化等工控领域的技术人才,大多也觉得对伺服‘一知半解’。我接触过很多伺服从业人员,销售公司的业务、技术人员,数控自动化系统开发的电工、技术人员、工程师,乃至伺服品牌本身个岗位领域的人才,其中包括技术工程师。要说真的理解很深刻,还是感觉不明显。 

当然,毫无疑问,对于本岗位本工作信息乃至技术,他们都是相当专业的,比如销售人员,对于自销伺服类比、系列、型号,选型、乃至技术特点,没谁比他熟悉;比如售前技术工程师,对于每款伺服的特性、参数设置特点,乃至调试经验,尤其是资深工程师,绝对是专业专家级。

但是,作为一个骨灰级电子爱好者,一位长期接触过不少各式各样电子产品,专业从事过高至某著名通信品牌基站通信设备维修,以及如今从事变频、伺服、工控机、工控屏维修的电子产品维修人员,每每接触到都能读到,他们对伺服技术、性能、参数乃至故障原因,等等一些认知和理解伺服的渴求,接触经销商、代理商,他们最大的渴求和希望,就是我们能够提供他们技术支持,当然不是设备损坏的维修技术。不难理解,他们技术支持工程师,每每出去,总是指不定遇到如何刁钻,如何离奇古怪的技术问题,系统调试难题,而且,基本时间都相当紧迫(客户大多都久攻不下、电话咨询尝试尽了想得到的种种方案可能)。伺服驱动器伺服系统是好的,装上去却不能按预计的方案工作,三百多项的伺服内部调试参数和上位机编程等等多个系统相辅相成的配合工作,只要找不出原因结症所在,问题就不能得到有效的解决。期待我们这些专攻电子技术、电路特性原理,乃至修复解决伺服故障的从业人员,能够给个深刻的解读方案、一种思路、一个灵感,就选得相当自然,和从分需求了。没错,作为维修人员,对伺服系统的硬件技术的确比较熟悉,由于这是智能系统,也往往可以根据故障特性对参数设置,有另一层面的认识和理解,这是自然的。当然,术有专攻,资深才能认知到位理解深刻,这是自然的规律。

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